數(shù)字游標(biāo)卡尺原理

1、容柵傳感器容柵數(shù)字顯示卡尺工作原理(1) 利用容柵傳感器的電子數(shù)顯卡尺在我國(guó)的出現(xiàn)，已經(jīng)有十多年的歷史了。本文初稿編寫(xiě)于十多年前，根據(jù)當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)芯片供貨單位的資料和自己實(shí)際計(jì)算，主要是通過(guò)交流電路含電阻電容的普通復(fù)數(shù)計(jì)算而得出機(jī)械位移與輸出信號(hào)相位呈近似線(xiàn)性關(guān)系式作為誤差分析的依據(jù)?，F(xiàn)在重新整理出來(lái)供有興趣者參考和交流。所謂調(diào)制和解調(diào)，就是把有用信號(hào)和不要的干擾信號(hào)區(qū)別開(kāi)來(lái)的措施，本來(lái)廣泛用于電訊技術(shù)中。為了能在一條電話(huà)線(xiàn)中傳輸許多不同信道的電話(huà)就要對(duì)各通道的 電話(huà)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制使之互相區(qū)別開(kāi)來(lái)。大家最熟悉不過(guò)的就是上網(wǎng)用的modem和收音機(jī)、電視機(jī)都是通過(guò)調(diào)制信號(hào)后再傳送出去。接收時(shí)再將原信號(hào)解

2、調(diào)回來(lái)。其中有調(diào)幅、調(diào)頻等等之說(shuō)。同樣在機(jī)電一體化的長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)中如光柵和感應(yīng)同步器等傳感器里多半是采用相位調(diào)制方法來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量的。尤其是感應(yīng)同步器和容柵傳感器有非常相似之處。在感應(yīng)同步器里，滑尺上有兩組激磁繞組，相隔一定的距離，分別施加正弦和余弦電壓，它們?cè)诙ǔ呃@組上產(chǎn)生總感應(yīng)電勢(shì)的初相位中包含了與時(shí)間無(wú)關(guān)的機(jī)械位移量x的信息。所不同的是容柵傳感器采用了電容和分別施加8路相位差以45度遞增的正弦電壓而已 。這種正弦電壓是由時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的方波經(jīng)分頻器產(chǎn)生周期性的畸形方波，其基波成分就是正弦波了。如果沒(méi)有交流信號(hào)作為載波，那么機(jī)械位移信息就很難傳送。因此在這里只須用交流電路中的相量復(fù)數(shù)計(jì)算方

3、法就足夠了，不過(guò)式子太長(zhǎng)了一些，有時(shí)分子和分母要分開(kāi)來(lái)寫(xiě)。既然是調(diào)相，那么鑒相器就是解調(diào)器了。當(dāng)然還有辨別x的方向功能等都包括在電路中了。本文主要分析電容柵板傳感器測(cè)量位移的原理。  1           數(shù)顯卡尺的結(jié)構(gòu) 圖1 是卡尺結(jié)構(gòu)的示意圖。   主要的傳感器元件是定柵2，它粘貼在尺身上。動(dòng)?xùn)?，它與尺框相連結(jié)，并且隨尺框一起移動(dòng)。動(dòng)定柵之間的電容量隨著其相對(duì)位移依一定規(guī)律而變化。在6組8路驅(qū)動(dòng)交流電壓的作用下，在接收板輸出一個(gè)交流電壓信號(hào)，其相位

4、是機(jī)械位移量x的函數(shù)。它在一定精度下呈近似線(xiàn)性函數(shù)。從而在這種調(diào)相和解調(diào)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度精確計(jì)量，并在液晶顯示屏中顯示讀數(shù)。 二測(cè)量電路原理 如下圖所示，電路板中有時(shí)鐘振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖方波，所謂分頻，就是周期性地拉寬方波的峰或谷，產(chǎn)生畸形方波，其基波即為正弦波。有8個(gè)分路，每一路施加正弦電壓初相位以45度角(/4)的增量依次遞增，此8路信號(hào)施加給每組中的8條動(dòng)?xùn)虐鍡l，共6組(對(duì)應(yīng)48條動(dòng)?xùn)牛?。接收板輸出的信?hào)也是正弦波電壓，其頻率與輸入信號(hào)相同，其初相角則是動(dòng)?xùn)艡C(jī)械位移的函數(shù)，近似線(xiàn)性變化。由位移x產(chǎn)生輸出的交流電壓相位與x的關(guān)系呈近似的線(xiàn)性變化，而輸出的相位值通過(guò)集成電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示，顯

5、示的數(shù)字就是位移值了。接下一篇（2）容柵數(shù)字顯示卡尺工作原理(1) 利用容柵傳感器的電子數(shù)顯卡尺在我國(guó)的出現(xiàn)，已經(jīng)有十多年的歷史了。本文初稿編寫(xiě)于十多年前，根據(jù)當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)芯片供貨單位的資料和自己實(shí)際計(jì)算，主要是通過(guò)交流電路含電阻電容的普通復(fù)數(shù)計(jì)算而得出機(jī)械位移與輸出信號(hào)相位呈近似線(xiàn)性關(guān)系式作為誤差分析的依據(jù)?，F(xiàn)在重新整理出來(lái)供有興趣者參考和交流。所謂調(diào)制和解調(diào)，就是把有用信號(hào)和不要的干擾信號(hào)區(qū)別開(kāi)來(lái)的措施，本來(lái)廣泛用于電訊技術(shù)中。為了能在一條電話(huà)線(xiàn)中傳輸許多不同信道的電話(huà)就要對(duì)各通道的 電話(huà)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制使之互相區(qū)別開(kāi)來(lái)。大家最熟悉不過(guò)的就是上網(wǎng)用的modem和收音機(jī)、電視機(jī)都是通過(guò)調(diào)制信號(hào)后再傳

6、送出去。接收時(shí)再將原信號(hào)解調(diào)回來(lái)。其中有調(diào)幅、調(diào)頻等等之說(shuō)。同樣在機(jī)電一體化的長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)中如光柵和感應(yīng)同步器等傳感器里多半是采用相位調(diào)制方法來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量的。尤其是感應(yīng)同步器和容柵傳感器有非常相似之處。在感應(yīng)同步器里，滑尺上有兩組激磁繞組，相隔一定的距離，分別施加正弦和余弦電壓，它們?cè)诙ǔ呃@組上產(chǎn)生總感應(yīng)電勢(shì)的初相位中包含了與時(shí)間無(wú)關(guān)的機(jī)械位移量x的信息。所不同的是容柵傳感器采用了電容和分別施加8路相位差以45度遞增的正弦電壓而已 。這種正弦電壓是由時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的方波經(jīng)分頻器產(chǎn)生周期性的畸形方波，其基波成分就是正弦波了。如果沒(méi)有交流信號(hào)作為載波，那么機(jī)械位移信息就很難傳送。因此在這里只須用

7、交流電路中的相量復(fù)數(shù)計(jì)算方法就足夠了，不過(guò)式子太長(zhǎng)了一些，有時(shí)分子和分母要分開(kāi)來(lái)寫(xiě)。既然是調(diào)相，那么鑒相器就是解調(diào)器了。當(dāng)然還有辨別x的方向功能等都包括在電路中了。本文主要分析電容柵板傳感器測(cè)量位移的原理。  1           數(shù)顯卡尺的結(jié)構(gòu) 圖1 是卡尺結(jié)構(gòu)的示意圖。   主要的傳感器元件是定柵2，它粘貼在尺身上。動(dòng)?xùn)?，它與尺框相連結(jié)，并且隨尺框一起移動(dòng)。動(dòng)定柵之間的電容量隨著其相對(duì)位移依一定規(guī)律而變化。在6組8路驅(qū)動(dòng)交流電壓的作用下，在接收板輸

8、出一個(gè)交流電壓信號(hào)，其相位是機(jī)械位移量x的函數(shù)。它在一定精度下呈近似線(xiàn)性函數(shù)。從而在這種調(diào)相和解調(diào)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度精確計(jì)量，并在液晶顯示屏中顯示讀數(shù)。 二測(cè)量電路原理 如下圖所示，電路板中有時(shí)鐘振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖方波，所謂分頻，就是周期性地拉寬方波的峰或谷，產(chǎn)生畸形方波，其基波即為正弦波。有8個(gè)分路，每一路施加正弦電壓初相位以45度角(/4)的增量依次遞增，此8路信號(hào)施加給每組中的8條動(dòng)?xùn)虐鍡l，共6組(對(duì)應(yīng)48條動(dòng)?xùn)牛?。接收板輸出的信?hào)也是正弦波電壓，其頻率與輸入信號(hào)相同，其初相角則是動(dòng)?xùn)艡C(jī)械位移的函數(shù)，近似線(xiàn)性變化。由位移x產(chǎn)生輸出的交流電壓相位與x的關(guān)系呈近似的線(xiàn)性變化，而輸出的相位值通過(guò)

9、集成電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示，顯示的數(shù)字就是位移值了。接下一篇（2）二。電路原理（集成電路芯片） 三動(dòng)?xùn)排c定柵尺寸和它們之間的相互位置（圖中數(shù)字單位為mm） 此外，接收板r是與定柵耦合的，它長(zhǎng)25.4mm。因定柵節(jié)距為5.08mm,故25.4/5.08=5,就是說(shuō)，接收板與5節(jié)定柵相耦合。這些數(shù)據(jù)將在計(jì)算式中用到，特此強(qiáng)調(diào)一下。 四容柵傳感器中機(jī)械結(jié)構(gòu)與電信號(hào)傳送過(guò)程圖中e1(t),e2(t).e8(t)表示由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生的8路交流電壓，其初相角依次以45度角遞增。分別作用到相鄰的8塊動(dòng)?xùn)虐迳?。圖中只表示其中的第一組，其余各組和第一組相同。即：動(dòng)?xùn)虐骞灿?組（6x8=48條)，接收板長(zhǎng)25.4對(duì)應(yīng)著

10、5組耦合。 接下一篇四容柵傳感器中機(jī)械結(jié)構(gòu)與電信號(hào)傳送過(guò)程圖中e1(t),e2(t).e8(t)表示由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生的8路交流電壓，其初相角依次以45度角遞增。分別作用到相鄰的8塊動(dòng)?xùn)虐迳?。圖中只表示其中的第一組，其余各組和第一組相同。即：動(dòng)?xùn)虐骞灿?組（6x8=48條)，接收板長(zhǎng)25.4對(duì)應(yīng)著5組耦合。 接下一篇五8路驅(qū)動(dòng)電壓源-周期畸形方波 設(shè)t為5。5msec,即時(shí)鐘脈沖周期。則畸形方波周期T=512t.(圖中的多數(shù)小方波周期估計(jì)為16 t）前半周期凸畸形，后半周期為凹畸形。其基波為正弦波 ，依次以45度初相位遞增：五8路驅(qū)動(dòng)電壓源-周期畸形方波 設(shè)t為5。5msec,

11、即時(shí)鐘脈沖周期。則畸形方波周期T=512t.(圖中的多數(shù)小方波周期估計(jì)為16 t）前半周期凸畸形，后半周期為凹畸形。其基波為正弦波 ，依次以45度初相位遞增：六各路驅(qū)動(dòng)電壓相位矢量圖七等效電路圖八各動(dòng)?xùn)烹娙蓦S位移x變化圖八各動(dòng)?xùn)烹娙蓦S位移x變化圖八各動(dòng)?xùn)烹娙蓦S位移x變化圖開(kāi)始計(jì)算   平行平板電容計(jì)算的一般公式 1）Cr-接收板對(duì)一塊定柵的耦合電容，介質(zhì)為空氣滌綸，其厚度各為0.1mm,共0.2mm: 即  2)C0定柵板與尺身（地）之間的電容。 因?yàn)槎鸥膊搴穸葹?。35mm,其基材為環(huán)氧樹(shù)脂，故有3) Cro接收板與屏蔽接地板之間的電容。由于屏蔽板尺寸與定柵

12、板相同，其板面間距離也相同    4)C1(x),C2(x)至C8(x) 各組每塊動(dòng)?xùn)虐迮c定柵之間的電容.它們是機(jī)械位移量x的函數(shù)，有時(shí)為零，有時(shí)為斜函數(shù)Kx，有時(shí)為最大值KW(常數(shù))。如圖8所示，由于是不連續(xù)的折線(xiàn)，必須分段計(jì)算各對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電容值。當(dāng)動(dòng)?xùn)艞l完全與定柵耦合時(shí)， 設(shè)每毫米寬對(duì)應(yīng)的動(dòng)?xùn)排c定柵耦合電容為K，則有K= Ci(x)max/0.635=1.37397x10(-12)法/mmW=0.635mm本來(lái)是動(dòng)?xùn)殴?jié)距，為了計(jì)算方便，用以代替板寬，誤差不會(huì)很大。為了簡(jiǎn)化，用Ci代替Ci(x).由圖8可以看出：開(kāi)始計(jì)算   平行平板電容計(jì)算

13、的一般公式 1）Cr-接收板對(duì)一塊定柵的耦合電容，介質(zhì)為空氣滌綸，其厚度各為0.1mm,共0.2mm: 即  2)C0定柵板與尺身（地）之間的電容。 因?yàn)槎鸥膊搴穸葹?。35mm,其基材為環(huán)氧樹(shù)脂，故有3) Cro接收板與屏蔽接地板之間的電容。由于屏蔽板尺寸與定柵板相同，其板面間距離也相同    4)C1(x),C2(x)至C8(x) 各組每塊動(dòng)?xùn)虐迮c定柵之間的電容.它們是機(jī)械位移量x的函數(shù)，有時(shí)為零，有時(shí)為斜函數(shù)Kx，有時(shí)為最大值KW(常數(shù))。如圖8所示，由于是不連續(xù)的折線(xiàn)，必須分段計(jì)算各對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電容值。當(dāng)動(dòng)?xùn)艞l完全與定柵耦合時(shí)， 設(shè)每毫米寬對(duì)應(yīng)

14、的動(dòng)?xùn)排c定柵耦合電容為K，則有K= Ci(x)max/0.635=1.37397x10(-12)法/mmW=0.635mm本來(lái)是動(dòng)?xùn)殴?jié)距，為了計(jì)算方便，用以代替板寬，誤差不會(huì)很大。為了簡(jiǎn)化，用Ci代替Ci(x).由圖8可以看出：i.       當(dāng)0xW時(shí) 各條動(dòng)?xùn)诺碾娙葜捣謩e是             C1 =Kx C2 = C3 = C4 = KWC5 =K(W-x)C6 = C7 = C8 =0 ii.

15、0;     當(dāng)Wx2W 時(shí) C1 = C2 = C3 =KW C4 = K(2W-x) C5 = C6 = C7 =0 C8 =K(x-W)iii.    當(dāng)2Wx3W時(shí)C8 = C1 = C2 =KW C3 =K(3W-x) C4 = C5 = C6 =0C7 =K(x-2W)iv.      當(dāng)3Wx4W 時(shí)C7 = C8 = C1 =KWC2 =K(4W-x)C3 = C4 = C5 =0C6 =K(x-3W)其余依此類(lèi)推。由圖4還可以看到，在x為任何值時(shí)，動(dòng)?xùn)派系?

16、8塊極板 中總有分一部分與地（屏蔽板）形成電容。相應(yīng)的輸入信號(hào)直接入地，對(duì)傳感器的輸出信號(hào)不產(chǎn)生影響。在計(jì)算時(shí)可把該電容當(dāng)作零。動(dòng)?xùn)派瞎灿?組極板，各組的工作情況都是相同的，所以可取其中一組來(lái)進(jìn)行分析。每組8塊發(fā)射極板，各自收到從驅(qū)動(dòng)電路送來(lái)的方波信號(hào)或基波正弦信號(hào)e1(t)、e2(t)e8(t),叫做8路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。它們依次以45度相位差遞增。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的形狀比較特別，也有人稱(chēng)之為標(biāo)記脈沖的（圖5）。此信號(hào)之周期T=512 =2816秒。在1/8 T開(kāi)始處較寬的凸波，而在后1/2 T開(kāi)始處又有較寬的凹波，這樣在整個(gè)T周期內(nèi)的基波就是正弦信號(hào)了。因此就把它當(dāng)作正弦波了。實(shí)際上測(cè)出的波形也是正弦波。

17、所以把它們寫(xiě)作e1(t)=Esin(t),e2(t)=Esin(t+/4),e3(t)=Esin(t+/2).它們就是我們計(jì)算的交流電壓源，每條電路都是交流電路，完全可以用克?；舴虻谝?、第二定律寫(xiě)出等效電路中的電流和電壓方程，它們是：i.       當(dāng)0xW時(shí) 各條動(dòng)?xùn)诺碾娙葜捣謩e是             C1 =Kx C2 = C3 = C4 = KWC5 =K(W-x)C6 = C7 = C8 =0 ii.&

18、#160;     當(dāng)Wx2W 時(shí) C1 = C2 = C3 =KW C4 = K(2W-x) C5 = C6 = C7 =0 C8 =K(x-W)iii.    當(dāng)2Wx3W時(shí)C8 = C1 = C2 =KW C3 =K(3W-x) C4 = C5 = C6 =0C7 =K(x-2W)iv.      當(dāng)3Wx4W 時(shí)C7 = C8 = C1 =KWC2 =K(4W-x)C3 = C4 = C5 =0C6 =K(x-3W)其余依此類(lèi)推。由圖4還可以看到，在x為任何值時(shí)，動(dòng)?xùn)?/p>

19、上的48塊極板 中總有分一部分與地（屏蔽板）形成電容。相應(yīng)的輸入信號(hào)直接入地，對(duì)傳感器的輸出信號(hào)不產(chǎn)生影響。在計(jì)算時(shí)可把該電容當(dāng)作零。動(dòng)?xùn)派瞎灿?組極板，各組的工作情況都是相同的，所以可取其中一組來(lái)進(jìn)行分析。每組8塊發(fā)射極板，各自收到從驅(qū)動(dòng)電路送來(lái)的方波信號(hào)或基波正弦信號(hào)e1(t)、e2(t)e8(t),叫做8路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。它們依次以45度相位差遞增。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的形狀比較特別，也有人稱(chēng)之為標(biāo)記脈沖的（圖5）。此信號(hào)之周期T=512 =2816秒。在1/8 T開(kāi)始處較寬的凸波，而在后1/2 T開(kāi)始處又有較寬的凹波，這樣在整個(gè)T周期內(nèi)的基波就是正弦信號(hào)了。因此就把它當(dāng)作正弦波了。實(shí)際上測(cè)出的波形也是正

20、弦波。所以把它們寫(xiě)作e1(t)=Esin(t),e2(t)=Esin(t+/4),e3(t)=Esin(t+/2).它們就是我們計(jì)算的交流電壓源，每條電路都是交流電路，完全可以用克?；舴虻谝弧⒌诙蓪?xiě)出等效電路中的電流和電壓方程，它們是：2011-01-03 00:50結(jié)論是：由時(shí)鐘脈沖振蕩器產(chǎn)生系列方波，通過(guò)處理，又產(chǎn)生畸形方波，呈正弦函數(shù)的交流電壓，作為調(diào)制用的“載波”，再作用到一系列電容柵板上，由于容抗值受到機(jī)械位移x的影響，因而輸出的交流信號(hào)電壓相位與位移X呈近似線(xiàn)性關(guān)系，再通過(guò)轉(zhuǎn)換解調(diào)，成為位移X的液晶數(shù)字顯示。所顯示的X值的非線(xiàn)性誤差約為0.008mm。（完） 容柵傳感

21、器容柵傳感器是一種基于變面積工作原理，可測(cè)量大位移的電容式數(shù)字傳感器。  容柵傳感器它與其它數(shù)字式位移傳感器，如光柵、感應(yīng)同步器等相比，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨率和準(zhǔn)確度高、測(cè)量速度快、功耗小、成本低、對(duì)使用環(huán)境要求不高等突出的特點(diǎn)，因此在電子測(cè)量技術(shù)中占有十分重要的地位。隨著測(cè)量技術(shù)向精密化、高速化、自動(dòng)化、集成化、智能化、經(jīng)濟(jì)化、非接觸化和多功能化方向的發(fā)展，容柵傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本系統(tǒng)中主要是對(duì)直線(xiàn)位移的測(cè)量，所以采用直線(xiàn)型容柵傳感器。容柵傳感器的結(jié)構(gòu)非常類(lèi)似于平行板電容器，它是由一組排列成柵狀結(jié)構(gòu)的平行板電容器并聯(lián)而成的，如果把隨時(shí)間變化的周期信號(hào)，通過(guò)電子

22、電路的控制，在同一瞬間以不同的相位分布，分別加載于順序排列的柵狀電容器各個(gè)柵極上，則在另一公共極板上，任一瞬間產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)將與該瞬間加載的激勵(lì)信號(hào)具有相同的相位分布。容柵傳感器動(dòng)?xùn)拧⒍鸥鳂O板之間形成的電容的等效電路，設(shè)C1(x)，C2(x)，C3(x)C8(x)為動(dòng)?xùn)派?8塊極板與定柵上相應(yīng)極板所構(gòu)成的電容量，它是位移x的函數(shù)，假設(shè)小發(fā)射極板與反射極板完全覆蓋時(shí)兩者之間的電容為C0，每一塊小發(fā)射極板的寬度為w，當(dāng)0xw 時(shí)，C 8(x)=C 0(x)w，C 1(x)=C 2(x)=C 3(x)=C 0，C 4(x)=C 0(1-xw)，c5(x)=c6(x)=c7(x)=0。由此可以得出整

23、個(gè)量程中兩極板之間的電容量隨位移x的變化規(guī)律。在x為任何值時(shí)，動(dòng)?xùn)派系?8塊極板中總有一部分與“地”(屏蔽板)形成電容，相應(yīng)的輸入信號(hào)源直接接入“地”，對(duì)傳感器的輸出信號(hào)不產(chǎn)生影響，可是為了導(dǎo)出(x)(x)為傳感器的輸出信號(hào)相對(duì)于某一驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位移)隨位移量x連續(xù)變化的統(tǒng)一公式，在推導(dǎo)中不考慮這些極板對(duì)“地” 形成電容，而仍把它們看作對(duì)定柵板形成電容，只不過(guò)此時(shí)它們的電容量為零而已。由于這些電容量為零，則其阻抗為無(wú)窮大。相應(yīng)的信號(hào)源全部落在這些電容上，同樣，對(duì)傳感器的輸出信號(hào)無(wú)影響。如果給容柵傳感器每組發(fā)射極板上所加的發(fā)射電壓V1V8為8路頻率、幅值相同而相鄰小極板間相位相差為4的正弦交變電

24、壓，則在發(fā)射極上有電壓Vf，在接收極上有電壓Vr。應(yīng)用交流電路理論及基爾霍夫電流定律，解讀圖l的等效電路，如下：如果用Vo表示各發(fā)射極電壓的幅值，并取8路信號(hào)中的第1路信號(hào)的相位為參考值，則有：其中0為V1的相角。將上述各量及Ci(x)(i=1，2，8)代入以上兩式，即得可見(jiàn)，容柵傳感器的輸出電壓是一頻率與發(fā)射電壓相同的正弦電壓，其幅值在很小范圍內(nèi)變化，可近似看作一常數(shù)，而相位比V1超前了4+(x)。相位移 (x)可采用鑒相型測(cè)量電路測(cè)出，即可得到相對(duì)位移x，可見(jiàn)容柵傳感器是一種相位跟蹤型的位移傳感器，這種傳感器對(duì)輸入信號(hào)的幅值變化不敏感，故具有較好的抗干擾能力。在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中，容柵傳感器的

25、主要作用是把機(jī)械位移量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的相位變化量，然后送給測(cè)量電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。容柵傳感器通過(guò)精密電壓比較器 TLC354進(jìn)行控制，由繼電器供電，由CPU89C52提供所需的激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)接收其感應(yīng)信號(hào)，并通過(guò)鑒相型電路測(cè)量出激勵(lì)信號(hào)與感應(yīng)信號(hào)的相位差，經(jīng)過(guò)一系列的變化，即可得出活塞移動(dòng)的長(zhǎng)度距離。容柵傳感器容柵傳感器是一種基于變面積工作原理，可測(cè)量大位移的電容式數(shù)字傳感器。  容柵傳感器它與其它數(shù)字式位移傳感器，如光柵、感應(yīng)同步器等相比，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨率和準(zhǔn)確度高、測(cè)量速度快、功耗小、成本低、對(duì)使用環(huán)境要求不高等突出的特點(diǎn)，因此在電子測(cè)量技術(shù)中占有十分重要的地位

26、。隨著測(cè)量技術(shù)向精密化、高速化、自動(dòng)化、集成化、智能化、經(jīng)濟(jì)化、非接觸化和多功能化方向的發(fā)展，容柵傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本系統(tǒng)中主要是對(duì)直線(xiàn)位移的測(cè)量，所以采用直線(xiàn)型容柵傳感器。容柵傳感器的結(jié)構(gòu)非常類(lèi)似于平行板電容器，它是由一組排列成柵狀結(jié)構(gòu)的平行板電容器并聯(lián)而成的，如果把隨時(shí)間變化的周期信號(hào)，通過(guò)電子電路的控制，在同一瞬間以不同的相位分布，分別加載于順序排列的柵狀電容器各個(gè)柵極上，則在另一公共極板上，任一瞬間產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)將與該瞬間加載的激勵(lì)信號(hào)具有相同的相位分布。容柵傳感器動(dòng)?xùn)?、定柵各極板之間形成的電容的等效電路，設(shè)C1(x)，C2(x)，C3(x)C8(x)為動(dòng)?xùn)派?8塊極板與定柵上相應(yīng)極板所構(gòu)成的電容量，它是位移x的函數(shù)，假設(shè)小發(fā)射極板與反射極板